NO344646B1 - Reparasjon av undersjøiske kabler - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører reparasjon av undersjøiske kabler.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Direkte elektrisk oppvarming (DEH) (eng.: Direct Electrical Heating) er en fremgangsmåte for å forhindre at voks og hydrater dannes i undersjøiske produksjonsrørledninger for olje og gass. DEH er basert på prinsippet om at en elektrisk vekselstrøm (AC) i en metallisk leder genererer varme i en enfasekrets, og DEH kan utføres som følger. Én kabel er koblet til den første enden av rørledningen og en enlederkabel transporteres oppå (eng.: piggybacked) (dvs. bæres av) rørledningen og er koblet til den fjerne enden av rørledningen. De to kablene sammen med rørledningen danner en enfaset elektrisk krets. Piggyback-kabelen er enten stroppet direkte på rørledningen eller er plassert inne i en mekanisk beskyttelsesprofil som er stroppet på rørledningen.

En tradisjonell fremgangsmåte for kabelreparasjon er å kutte kabelen undersjøisk på feilstedet, trekke én ende av piggyback-kabelen opp til overflaten på et fartøy og skjøte piggyback-kabelen med en overskytende kabellengde lagret på fartøyet. Den overskytende kabellengden er omtrent 2,5 til 3 ganger vanndybden. Den andre enden av den skadede kabelen trekkes så opp til overflaten og tørrspleises med den andre enden av den overskytende kabellengden. Piggyback-kabelen reinstalleres deretter på rørledningen med den overskytende kabellengdesløyfen installert vinkelrett på rørledningen. Etter elektrisk testing av kabelen steindumpes den overskytende kabelsløyfen.

Følgende patentpublikasjoner beskriver denne eksisterende teknologien:

EP 1381117 B1 (US-patent, innlevert 13-09-1982, US NAVY)

US4479690 (Europeisk patent, inlevert 08-07-2003, NEXANS)

NO 810817 L beskriver en fremgangsmåte for å fremstille et kabelforbindelse under vann som ikke krever bruk av et tørt habitat. Med fremgangsmåen blir vann som opprinnelig er inne i huset utvist av gass under trykk, og det indre av huset blir deretter renset, mens det forhindrer inntrenging av det omgivende vann.

US 3,593,415 A beskriver en metode for å sette sammen elektriske kabler under vann uten å utsette de elektriske kretsene for saltvann.

NO 303740 B1 beskriver en fremgangsmåte for å bruke en fjernstyrt, selvdreven kabelbegravende traktor til å legge og begrave fleksible kabler, så som optiske kabler, koaksialkabler for analog overføring, elektriske kabler og enkle eller flere fleksible rørformede kanaler.

NO 142792 B beskriver en selvgående maskin som er pilotert av operatører og arbeider på havbunnen. Maskinen omfatter på den ene siden et selvgående chassis, omfattende et elektrisk drevet hydraulisk pumpesystem drevet av en senkbar motor matet gjennom en kabelforbindelse chassiset til overflaten og på den annen side en ubåt som fikser seg på en plattform koblet til det selvgående chassiset, og i hvilken ubåt operatørene er installert.

Det er noen problemer knyttet til den eksisterende teknologien. Med den nåværende teknologien installeres en overskytende lengde på 2,5 til 3 ganger vanndybden vinkelrett på rørledningen og må steindumpes. Rørledningen må også steindumpes i dette området for å unngå rørledningsbukling. Dette er en tidkrevende operasjon med høye kostnader. Denne operasjonen krever et typisk værvindu på Hs< 3 m på 24 timer.

For ekstremt dypt vann er den overskytende kabellengden opp til 9 km, noe som i noen tilfeller er lenger enn lengden på piggyback-kabelen og rørledningen. De totale kostnadene for en reparasjon ved anvendelse av eksisterende teknologi kan derfor være svært høye i ekstremt dypt vann.

I tillegg krever den eksisterende teknologien at piggyback-kabelen er i stand til å bære sin egen vekt ved relevant vanndybde. Dette er ikke en utfordring ved 300-400 m vanndybde, men for vanndybde i området 1.000 m og dypere er ikke kobberlederen i stand til å bære sin egen vekt. Dette gjør et reparasjonsscenario der det anvendes eksisterende teknologi svært utfordrende.

Følgende dokumenter beskriver også fremgangsmåter for å reparere undersjøiske kabler. Kinesisk bruksmodell CN 200949707Y (Shengli) beskriver en arbeidskabin for å tillate vedlikehold av undervannskabler uten overflatebåt. JP 4067711 (Hitachi) beskriver en kapsel inni hvilken mennesker kan arbeide under vann for å kutte en undervannskabel. RU 2,336,196 (Uchrezhdenie) beskriver et kammer som tillater personell å arbeide under vann. JP 10-145955 beskriver en beholder 102 fylt med en isolasjonsvæske 101 hvis spesifikke gravitasjon er høyere enn vann. Undervanns kutting og kobling av kabler 103 utføres i væsken 101.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte og anordning som beskrevet i de medfølgende kravene.

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, kun i form av eksempler, med henvisning til de medfølgende tegningene.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 er et perspektivriss som viser en miljøkapsel lagt ut for å reparere en undersjøisk kabel; og

Figur 2 er et perspektivriss av miljøkapselens indre.

Beskrivelse av foretrukne utførelsesformer

Vi beskriver en fremgangsmåte for å utføre kabelskjøtingsaktivitet ved hjelp av fjernstyring under vann i et sjøvannfritt miljø.

Figur 1 viser en rørledning 2 plassert på en havbunn 3 og tilveiebrakt med en DEH-kabel 4. DEH-kabelen 4 er også kjent som en piggyback-kabel ettersom den i bruk er festet langs (dvs. piggybacked på) rørledningen 2. Figur 1 viser en del av DEH-kabelen 4, som har blitt frigjort fra rørledningen 2 for å utføre en reparasjon av DEH-/piggybackkabelen 4. En kapsel 6 senkes ned til rørledningen 2 ved hjelp av en bærekabel 8, som kan vikles rundt en egnet vinsj (ikke vist) på et overflatefartøy (ikke vist). Alternativt kan kabelen 6 senkes til havbunnen 3 i en beholder eller kurv 9, i hvilket tilfelle en navlestreng (ikke vist) kan være tilveiebrakt mellom kurven 9 og kapselen 6 for å tilveiebringe elektrisk og/eller hydraulisk kraft og/eller styresignaler til kapselen 6.

Kapselen 6 kan være tilveiebrakt med larveføtter (ikke vist) og annet egnet middel for å tillate kapselen 6 å bevege seg rundt havbunnen 3.

Figur 2 viser det indre av kapselen 6, som tilveiebringer et sjøvannfritt miljø, inni hvilket reparasjon av DEH-kabelen 4 kan utføres. Inne i kapselen 6 er det tilveiebrakt en manipulatorarm 10, som kan være en marinisert robot eller manipulatorarm 10 eller en fjernstyrt undervannsfarkost (ROV) (eng.: remotely operated vehicle) eller lignende, båret av en bæreskinne 12, som er festet til motstående sider av kapselen 6. Mer en én slik arm 10 kan være tilveiebrakt om nødvendig.

I denne utførelsesformen har kapselen 6 i det vesentlige rektangulær form og har fire sidevegger 14 (hvorav tre er synlige i figur 2) anordnet som to ortogonale par. To motstående sidevegger 14 er tilveiebrakt med formede åpninger 16 som er anordnet for å romme kabelen 4, når kabelen 4 løftes av ROV-armen 10 inn i det vannfrie miljøet inne i kapselen 6. Hver åpning 16 er dannet av en skjørtedel 18, hvori skjørtedelen 18 er dannet av en del av dens respektive sidevegg 14, og hvori bunnenden av skjørtedelen 18 følger en linje som er i det vesentlige i samme høyde som bunnen av sideveggene 14, og slik sikrer at vann ikke kommer inn i kapselens 6 indre via åpningene 16.

To bærearmer 20 er hver roterbart montert, hver rundt en vertikal akse, til respektive sidevegger 14 ved hjelp av hengsler 22 (hvorav én er synlig i figur 2). Hver bærearm 20 er tilveiebrakt, på enden som er motstående til hengsel 22, med en kabelholder 24, inn i hvilken kabelen 4 kan plasseres ved hjelp av den fjernstyrte armen 10. Hver kabelholder 24 er generelt koppformet, eller av generelt halvsylindrisk form, slik at den kan motta og holde kabelen 4.

Miljøet inni kapselen 6 er åpent i bunnenden (gulvet), men holder vannet ute ved å fylle miljøet med gass eller væske som utjevner vanntrykket når miljøet senkes fra et overflatefartøy (ikke vist) til havbunnen. Gassen eller væsken har foretrukket lavere elektrisk ledeevne enn sjøvann og har foretrukket en elektrisk ledeevne på mindre enn 0,1 siemens per meter (0,1 S/m) ved 20 grader celsius. Alternativt kan gassen eller væsken ha en elektrisk ledeevne på mindre enn 0,2 siemens per meter eller mindre enn 0,05 siemens per meter. All kabelkuttings-, kabelendeklargjørings- og kabelspleisingsaktivitet utføres av den fjernstyrte ROV-armen 10 i det sjøvannfrie miljøet under vann.

Typiske trinn i fremgangsmåten for å reparere en DEH-/piggyback-kabelen 4 er som følger:

Skade på piggyback-kabel 4 lokaliseres ved hjelp av tradisjonelt testeutstyr og/eller en ROV.

Det vannfrie miljøet inni kapsel 6, med alt utstyr inkludert kabelskjøt, senkes fra et fartøy (ikke vist) til en plassering nær rørledningen 2 hvor skade på piggyback-kabelen 4 er lokalisert.

En kabeltrommel 26 med omtrent 50 til 100 m reparasjonskabel 28 senkes nær miljøkapselen 6. Hver ende av reparasjonskabelen 26 kan klargjøres for å skjøtes på overflatefartøyet før det senkes til havbunnen 3. Enden av reparasjonskabelen 28 er tilveiebrakt med en varmekrympingshette 29 for å beskytte mot vanninntrengning. I figur 1 er en vinsj 30 tilveiebrakt for å trekke reparasjonskabelen 28 langs rørledningen 2 ved hjelp av en ledning 32 som passerer gjennom en løpeblokk 34. Løpeblokken 34 er festet til rørledningen 2 ved hjelp av en klemme 36. Selv om det kan være bekvemt å trekke reparasjonskabelen 28 langs rørledningen 2 på denne måten, må reparasjonskabelen 28 da være anbrakt i en spalte 38 (beskrevet nedenfor) i DEH-kabelen 4 for å utføre reparasjonen av DEH-kabelen.

Stropper (ikke vist) som fester piggyback-kabelen 4 til rørledningen 2, kuttes av en separat ROV i en avstand på opp til 50 m på hver side av skaden på piggybackkabelen. Som et alternativ kan den fjernstyrte armen 10 inne i kapselen 6 anvendes. Dette tillater en del av piggyback-kabelen 4 å separeres fra rørledningen 2 som vist i figur 1.

Piggyback-kabelen 4 kuttes på et feilsted og forflyttes parallelt med rørledningen 2, som vist i figur 1.

Miljøkapselen 6 plasseres over piggyback-kabelen 4, og piggyback-kabelen 4 plukkes opp av den fjernstyrte manipulatorarmen 10 og festes i holdere 24 i det sjøvannfrie området av miljøet, som vist i figur 2.

Den første enden av reparasjonskabelen 28 fra trommelen 26 ledes inn i det sjøvannfrie området i miljøkapselen 6.

Piggyback-kabelen 4 kuttes omtrent 10 til 50 m fra feilstedet for å fjerne en lengde kabel 4 hvor vann kan være innesperret i lederen. Dette skaper en spalte 38 i piggyback-kabelen 4.

Kabelens ytre kappe rengjøres grundig for å unngå eventuelle kontaminasjoner. Et kabelskjøtlegeme 26 tres på piggyback-kabelen før kabelklargjøring og beskyttet mot kontaminanter. Kabelendeklargjøringer starter ved å fjerne ytre kappe og klargjøre isolasjonssystem i samsvar med kabelskjøtkrav. Flere videokameraer (ikke vist) installert inni miljøkapselen 6 overvåker kabelklargjøringsarbeidet kontinuerlig for å sikre at arbeidet gjøres i samsvar med krav.

Et forbindelsesstykke/en hylse (ikke vist) plassert inni skjøtelegemet 26 er installert/klemt på kabellederne og kobler derved lederne mekanisk og elektrisk.

Kabelendene i skjøteområdet rengjøres grundig for eventuelle kontaminasjoner før et skjøtelegeme ledes på kabelspleisingområdet på korrekt plassering. En beskyttelseskappe (ikke vist) installeres over skjøtelegemet og kabelkappen for tetningsformål.

Når reparasjonen er komplett fylles spalten 38 i DEH-/piggyback-kabelen 4 med en del av reparasjonskabelen 28, som erstatter den fjernede delen av DEH-/piggybackkabelen 4. Kapselen 6 og vinsjen 26 kan så fjernes. En sløyfe kan etterlates i reparasjonskabelen 28 for å sikre at svært liten spenning påføres kabelspleisingene under operasjon, og særlig særlig dersom det er ekspansjon av rørledningen 2.

Den beskrevne utførelsesformen tillater kabelreparasjon i sjøvannsfritt trykksatt miljø plassert på havbunnen. Kabelkutting, klargjøring og skjøting utføres ved fjernstyring i et i det vesentlige vannfritt miljø plassert på havbunnen. Ulike typer kabel kan repareres, inkludert navlestrengkabler.

Noen fordeler ved det beskrevne systemet er listet opp nedenfor:

Ingen overskytende kablellengde installert vinkelrett på rørledning.

Ikke behov for å ha lange reservekalbellengder lagret for et reparasjonsscenario.

Ingen steindumping av overskytende kabelsløyfe kreves.

Ingen vanndybdebegrensninger slik det er tilfelle for standard kobberkabel (som kreves for å bære sin egen vekt som beksrevet ovenfor). For vanndybder som er større enn omtrent 1.000 m er ikke tradisjonell reparasjonsteknologi ansett som gjennomførbart. Kostnads- og tidseffektiv kabelreparasjon.

Reparasjonsoperasjonen er mindre følsom for vann-/sjøforhold.

Overskytende kabellengde på 2,5 til 3 ganger vanndybden er ikke nødvendig.

En gjennomførbar fremgangsmåte for kabelreparasjon i ekstremt dypt vann er tilveiebrakt (ikke begrenset av mekaniske egenskaper til kobberlederen).

Kabelskjøteoperasjoner utføres i et trykksatt miljø med den fordelen at spleisingen utsettes for minimalt differensialtrykk fra klargjøringsmodus til operasjonsmodus.

Det vil forstås at reparasjon av kabel 4 utføres uten behov for at en person er tilstede inne i kapselen 6. Armen 10 kan fjernstyres av en operatør som er plassert utenfor kapselen 6, for eksempel på et overflatefartøy (ikke vist). Andre utførelsesformer er imidlertid mulig i hvilke armen 10 er automatisert eller i det minste delvis automatisert, slik at ikke alle reparasjonstrinnie trenger å styres av fjernoperatøren.

Kapselen 6 kan være tilvekebrakt med larveføtter (ikke vist) eller annet drivmiddel, for å bevege kapselen rundt på havbunnen 3, enten selvstendig eller under styring av en fjernoperatør.

Kapselen kan være tilveiebrakt med én eller flere navlestrenger, enten fra kurven/beholderen 9 eller direkte fra et overflatefartøy (slik det er tilfelle for streng 8 i figur 1). Navlestrengen eller -strengene kan tilveiebringe elektrisk og/eller hydraulisk kraft til kapselen 6, styresignaler for reparasjonsanordningen inni kapselen 6, slik som armen 10 og/eller gass eller væske med lav ledeevne for å fylle kapselen 6. Etter reparasjonen kan gassen eller væsken med lav ledeevne fjernes fra kapselen 6 via en navlestreng.

Claims (31)

Patentkrav

1.

Fremgangsmåte for å reparere en skadet del av en undersjøisk kabel plassert under en sjø, som omfatter:

å identifisere en skadet del av den undersjøiske kabelen;

å tilveiebringe et i det vesentlige vannfritt miljø rundt den skadede delen av den undersjøiske kabelen.

å reparere den skadede delen av den undersjøiske kabelen inni det i det vesentlige vannfrie miljøet; og

å fjerne det i det vesentlige vannfrie miljøet fra den undersjøiske kabelen, hvori reparasjonstrinnet utføres ved hjelp av reparasjonsutstyr inni det i det vesentlige vannfrie miljøet uten behov for at en person er plassert inni det vannfrie miljøet under reparasjonstrinnet, og

hvori nevnte reparasjonsutstyr inkluderer minst ett valgt fra fjernstyrt utstyr, automatisert og i det minste delvis automatisert utstyr.

2.

Fremgangsmåte ifølge krav 1, som videre omfatter å overvåke reparasjonstrinnet ved hjelp av minst ett videokamera plassert inni det vannfrie miljøet.

3.

Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvori når reparasjonsutstyret er automatisert, eller i det minste delvis automatisert, reparasjonsutstyret utfører i det minste noen trinn i reparasjonen av den undersjøiske kabelen uten direkte styring av en menneskelig operatør.

4.

Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori den undersjøiske kabelen er festet til en olje- eller gassrørledning før reparasjonstrinnet, og der reparasjonstrinnet inkluderer å fjerne minst en del av den undersjøiske kabelen fra olje- eller gassrørledningen.

5.

Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori den undersjøiske kabelen er en kabel for direkte elektrisk oppvarming for en undersjøisk olje- eller gassrørledning.

6.

Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori trinnet med å reparere den undersjøiske kabelen inkluderer å kutte den undersjøiske kabelen.

7.

Fremgangsmåte ifølge krav 6, som ytterligere omfatter, etter kutting av den undersjøiske kablelen, å fjerne en del av den undersjøiske kabelen, som inneholder sjøvann.

8.

Fremgangsmåte ifølge krav 7, som ytterligere omfatter å senke til havbunnen, eller i det minste til en plassering nær den undersjøiske kabelen, en reparasjonskabel for anvendelse ved reparasjon av den undersjøiske kabelen.

9.

Fremgangsmåte ifølge krav 8, når også avhengig, direkte eller indirekte, av krav 6, som ytterligre omfatter å koble eller spleise reparasjonskabelen til en kuttet ende av den undersjøiske kabelen for å danne en elektrisk kobling mellom reparasjonskabelen og den undersjøiske kabelen.

10.

Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori trinnet med å tilveiebringe et i det vesentlige vannfritt miljø inkluderer:

å tilveiebringe en miljøkapsel som inneholder en gass eller væske som tilveiebringer det i det vesentlige vannfrie miljøet.

11.

Fremgangsmåte ifølge krav 10, som ytterligere omfatter å senke miljøkapselen til havbunnen, eller i det minste til en plassering nær den undersjøiske kabelen.

12.

Fremgangsmåte ifølge krav 10 eller 11, som ytterligere omfatter å bevege miljøkapselen langs havbunnen ved hjelp av drivmiddel tilveiebrakt på miljøkapselen.

13.

Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 12, hvori gassen eller væsken har en elektrisk ledeevne som er lavere enn sjøvannets.

14.

Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvori gassen eller væsken har en elektrisk ledeevne på mindre enn 0,1 siemens per meter ved 20 grader celsius.

15.

Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 14, hvori trinnet med å reparere den undersjøiske kabelen inkluderer å plassere miljøkapselen over den skadede delen av den undersjøiske kabelen.

16.

Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 15, hvori trinnet med å reparere den undersjøiske kabelen inkluderer å løfte den skadede delen av den undersjøiske kabelen inn i det i det vesentlige vannfrie miljøet inni miljøkapselen.

17.

Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 16, som ytterligere omfatter å fjerne i det minste noe av gassen eller væsken fra miljøkapselen via en navlestreng etter reparasjonstrinnet.

18.

Undersjøisk reparasjonsanordning for å utføre reparasjon av en undersjøisk kabel plassert under sjøen, der anordningen omfatter:

en miljøkapsel som er i stand til å tilveiebringe et i det vesentlige vannfritt miljø inni kapselen; og

reparasjonsutstyr plassert inni miljøkapselen anordnet for å reparere den undersjøiske kabelen uten behov for at en person er plassert inni miljøkapselen, hvori nevnte reparasjonsutstyr inkluderer minst ett valgt fra fjernstyrt utstyr, automatisert og i det minste delvis automatisert utstyr.

19.

Anordning ifølge krav 18, hvori miljøkapselen har en åpning på sin nedre side, der åpningen er anordnet for å være åpen mot sjøen, og vende mot sjøen, under bruk.

20.

Anordning ifølge krav 18 eller 19, hvori reparasjonsutstyret omfatter en styrbar arm som er anordnet for å fjernstyres av en operatør plassert utenfor kapselen.

21.

Anordning ifølge krav 20, hvori armen er elektrisk og/eller hydraulisk aktivert.

22.

Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 18 til 21, hvori kapselen er fylt med en gass eller væske som har en elektrisk ledeevne som er lavere enn sjøvannets.

23.

Anordning ifølge krav 22, hvori gassen eller væsken har en elektrisk ledeevne på mindre enn 0,1 siemens per meter ved 20 grader celsius.

24.

Anordning ifølge krav 22 eller 23, som ytterligere omfatter en navlestreng for å levere gassen eller væsken til, eller fjerne gassen eller væsken fra, kapselen.

25.

Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 19 til 25, som ytterligere omfatter minst én bærearm som er koblet til en vegg til kapselen ved hengsling, der bærearmen er tilpasset for å motta og holde en kabel.

26.

Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 18 til 25, hvori kapselen omfatter en sidevegg som har en åpning definert av en skjørtedel på sideveggen, hvori bunnen av skjørtedelen og bunnen av sideveggen begge følger baner som ligger generelt innen ett enkelt plan.

27.

Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 18 til 26, som ytterligere omfatter drivmiddel for å drive kapselen langs en havbunn.

28.

Anordning ifølge krav 27, hvori drivmiddelet omfatter larveføtter.

29.

Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 18 til 28, som ytterligere omfatter minst ett videokamera plassert inni kapselen for å overvåke reparasjon av den undersjøiske kabelen.

30.

Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 18 til 29, som ytterligere omfatter en navlestreng for å tilveiebringe elektrisk og/eller hydraulisk kraft til kapselen.

31.

Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 18 til 30, som ytterligere omfatter en navlestreng for å tilveiebringe styresignaler til reparasjonsutstyret plassert inni miljøkapselen.